Diferenciacion celular SIAO

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Modelos de Diferenciación Celular Conocen que durante el desarrollo se establece primero un esquema que define las principales regiones del cuerpo (cabeza, tronco, cola) y luego se produce una diferenciación en las células del embrión, generándose una gran variedad de fenotipos celulares con formas y estructuras especializadas en distintas funciones. La definición del plan corporal y la diferenciación celular ocurre por la expresión de distintos genes como resultado de un complejo programa de desarrollo. Colegio San Ignacio Profesor Luis Lara Garrido

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Basado en otras presentaciones obtenidas desde Internet. Material de apoyo para 4º medio electivo.

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Modelos de Diferenciación

Celular

Conocen que durante el desarrollo se establece primero un esquema que define las principales regiones del cuerpo (cabeza, tronco, cola) y luego se produce una diferenciación en las células del embrión, generándose una

gran variedad de fenotipos celulares con formas y estructuras especializadas en distintas funciones. La definición del plan corporal y la

diferenciación celular ocurre por la expresión de distintos genes como resultado de un complejo programa de desarrollo.

Colegio San Ignacio Profesor Luis Lara Garrido

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Las células embrionarias

Son capaces de

transformar

sus

características

Estructurales y funcionales

Estímulos

Bajo la presencia de determinados

Especializadas Para ser Potencial

inicial

Perdiendo su

Determinación

Proceso llamado

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Los factores determinantes

Diferenciación celular

Determinantes Citoplasmáticos

localizados

De la

Moléculas

son

Conocidas como

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En el cigoto Los organelos y moléculas Distribuidos

No homegénea

Al dividirse genera

Células

Composición citoplasmática

Con distinta

Lo que contribuye a una

Primera etapa En la generación de Células diferentes

están

En forma

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Es decir…

• Las células hijas del cigoto no son idénticas entre sí. Las diferencias citoplasmáticas entre ellas (blastómeros), determinan diferentes patrones de expresión génica y cada célula queda entonces confinada a una trayectoria específica del desarrollo.

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Así… Los determinantes citoplasmáticos

localizados Primera señal Diferenciación

Desarrollo

Constituyen la de

Durante el

Que son complementadas con

Procesos Células vecinas

Relacionados con la interacción de

Por ejemplo

La inducción

Que ocurre cuando

2 células fenotipo De distinto contacto toman

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Inducción

Célula que cambia su fenotipo

influenciada por otra

Célula inductora Célula respondedora

Célula que causa el cambio para modificar a otra

Que las células vecinas adquieran un patrón de desarrollo similar y de forma

coordinada

Hay 2 tipo de células

Su interacción permite

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Inductores en la formación del ojo en vertebrados

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• La capacidad de una célula de modificar su fenotipo, es decir, de responder frente a la presencia de una célula inductora se denomina COMPETENCIA

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Por ejemplo, al transplantar células que dan origen al ojo (células del primordio óptico) hacia una región diferente del ectodermo (una de las principales capas embrionarias) se observa la formación del cristalino en la respectiva zona ectodermica.

Comprobando la inducción:

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Las células mesenquimáticas

Inducen la

formación de ramificaciones Células

Epiteliales del brote uretral

En las

Que se diferencian en

Túbulos colectores

Los cuales

Inducen a Condensación

celular

Para que formen una

Que deriva en

Células epiteliales

Que formaran

Túbulos proximales Túbulos distales

Glomérulo

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Diferenciación del riñón

• En estos procesos de morfogénesis renal participan

un gran número de señales solubles, incluyendo proteínas de la familia del factor de crecimiento transformante beta, y también señales ancladas a la superficie celular (integrinas; se vera más adelante).

• Algunas señales son expresadas por el epitelio mientras otras son producidas por las células del mesénquima.

• También participan receptores específicos de estas señales.

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En la inducción…

• Las señales de inducción son moléculas de diferente naturaleza, como:

• Hormonas.

• Factores de crecimiento.

• Citoquinas.

• Los efectos pueden ser:

• Cambios en la producción de moléculas de adhesión (célula- matriz) importante en la formación y determinación de las características de los tejidos.

Las citoquinas (o citocinas) son un grupo de proteínas de bajo peso molecular que actúan mediando interacciones complejas entre células de linfoides, células inflamatorias y células hematopoyéticas.

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Diferenciación de células

troncales

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Las células troncales

Se encuentran en los

Organismos pluricelulares

Que se caracterizan por

Autorrenovación Potencialidad

limitada

Capacidad de experimentar numerosos ciclos de división

Manteniendo su carácter indiferenciado

Capacidad de diferenciarse en otros tipos celulares

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Las células troncales

Corresponden a 3 clases de células

derivadas de

blastocistos

células troncales adultas

Del cordón umbilical

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Las células troncales

En embriones En adultos

Dan origen a todos los tipos celulares Participan en la

mantención de tejidos en renovación

Piel o tubo digestivo

Reparación de tejidos

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A medida que las células se diferencian pierden su potencialidad de transformarse en otros tipos celulares.

1° son totipotentes: capaces de originar cualquier tipo celular.

2° son pluripotentes: capaces de originar un subconjunto de tipos celulares.

3° son multipotentes: capaces de generar células de su propia capa o linaje embrionario de origen.

4° son unipotentes: capaces de autorrenovarse y originar un solo tipo celular.

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Las células troncales pueden ser cultivadas en condiciones de laboratorio y su diferenciación puede ser estimulada in vitro, para producir, por ejemplo, células musculares o nerviosas. También pueden utilizarse con fines médicos.

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En tejidos adultos…

La pérdida de células

Se compensa

a través de La proliferación de células del mismo

tipo celular ya diferenciadas

Por ejemplo

hepatocitos

En la mayoría de los tejidos la

Recuperación de células dañadas

Es efectuada por

Proliferación y diferenciación de células troncales que se encuentran formando parte de dichos tejidos

Células madre unipotentes

Es decir

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En el intestino…

• Las células troncales se encuentran en el fondo de las criptas, formando parte del tejido epitelial que recubre al intestino.

Criptas: cavidades ubicadas entre las vellocidades intestinales.

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En el intestino… • A medida que las células del

extremo superior de las criptas mueren se desprenden hacia el lumen del intestino.

• Al mismo tiempo , las células que se encuentran más abajo ascienden, remplazando a las perdidas.

• Esto es llevado a cabo por la proliferación y posterior diferenciación de células troncales en células epiteliales diferenciadas.

Criptas: cavidades ubicadas entre las vellocidades intestinales.

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Diferenciación celular

Fenotipos dinámicos

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Contenidos

• Desarrollo embrionario

• Genes y desarrollo embrionario

• Estructura y función en fenotipos celulares

• Miogénesis como modelo

• Diferenciación y comunicación celular

• Diferenciación de células troncales

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Desarrollo embrionario

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• Organismos usados como modelo de estudio: – Plantas:

• Arabidopsis thaliana – Invertebrados:

• Mosca de la fruta Drosophila melanogaster • Gusano nemátodo Caenorhabditis elegans • Erizos de mar (varias especies)

– Vertebrados:

• Rana Xenopus laevis • Rata Rattus rattus

Estudio del desarrollo embrionario y la diferenciación celular

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Estadios del desarrollo

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Tipos de clivaje

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Desarrollo embrionario: invertebrado

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Desarrollo embrionario: etapas comunes

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Desarrollo embrionario en invertebrados: Gastrulación

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Desarrollo embrionario en vertebrados: Gastrulación

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Desarrollo embrionario: vertebrado

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Inicio de la morfogénesis (pollo)

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Organogénesis (pollo)

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Organogénesis (humana)

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Organogénesis (humana)

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Genes y desarrollo embrionario

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Experimentos en Drosophila melanogaster

Mutante bithórax Mutante antennapedia

Mutante “ojo en pata”

Normales

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Cariotipo de Drosophila

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Genes de segmentación y homeóticos

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Mutación en genes homeóticos

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Conservación de genes homeóticos

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Conservación de genes homeóticos

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Genes y planes corporales

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Resumen

• La diferenciación involucra varios procesos:

– Activación de genes de segmentación

– Activación de genes homeóticos

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Estructura y función en fenotipos celulares

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Fenotipos celulares

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Ejemplos de fenotipos de células digestivas

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Ejemplos de fenotipos de células sanguíneas

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Ejemplos de fenotipos de células nerviosas

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Problema de fondo

= ADN ≠ Fenotipos

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Hacia la solución: entendiendo el proceso de transcripción

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Hacia la solución: obtención de ADN clonado (ADNc)

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Hacia la solución: marcación radiactiva de nucleótidos

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Experimento: método

•Obtención de ADNc del gen

A, desde células hepáticas

(hígado)

•Marcación de ARNm en

células hepáticas, renales y

cerebrales

•Hibridación de ADNc del

gen A con ARNm de los 3

tipos de células

•Contabilizar la radiactividad

total de los híbridos desde

pocillos individuales para

cada tipo de ARNm

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Experimento: resultado

Conclusión:

Aún cuando comparten el

ADN, las células de un

mismo organismo

transcriben distintos ARNm

Hipótesis más probable:

El fenotipo de cada célula

depende de la síntesis de

proteínas diferenciales

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Modelos de diferenciación

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Estructura célula muscular estriada

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Etapas básicas en la miogénesis

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Mioblastos

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Problema: ¿hay genes específicos que controlan la miogénesis?

Micrografía de miogénesis en embrión humano

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Antecedente: fibroblastos

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Antecedente: Inhibición de la transcripción mediante metilación

Grupo metilo (-CH3) Metilasa

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Antecedente: Inhibición de la metilación mediante 5-azacitidina

Grupo metilo (-CH3) Metilasa

5-Azacitidina

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Experimento 1: Obtención de mioblastos a partir de fibroblastos

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Experimento 2: Rastreo de los genes modificados por la 5-azacitidina

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(Autorradiografía)

Ejemplo 1: comprobación de

la vía RER – Golgi -

Exocitosis

Ejemplo 2: marcación

selectiva de células

secretoras de TSH en

la hipófisis

Principales isótopos usados: 32P, 131I, 35S, 14C, 45Ca y 3H

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Experimento 3: verificación del rol del gen MioD

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Resumen

• La diferenciación involucra varios procesos:

– Activación de genes de segmentación

– Activación de genes homeóticos

– Metilación diferencial

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Desarrollo en pollo

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Diferenciación y comunicación celular

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Copa óptica al MEB

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¿Cómo probar la comunicación?

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Otra evidencia: diferenciación de células renales

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Diferenciación de células renales

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Resumen

• La diferenciación involucra varios procesos:

– Activación de genes de segmentación

– Activación de genes homeóticos

– Metilación diferencial

– Inducción simple o recíproca

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Diferenciación de células troncales

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Origen de las células troncales o stem: embrionarias

Las stem embrionarias o masa celular interna son

TOTIPOTENCIALES

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Origen de las células troncales o stem: adultas

Las stem adultas son PLURIPOTENCIALES

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Ejemplo: tejido epitelial intestinal

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Ejemplo: tejido epitelial de la piel

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Uso terapéutico de las células troncales embrionarias

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Problemas éticos derivados del uso de células troncales

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Uso terapéutico de células troncales adultas

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Células troncales en la prensa

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Información sobre células troncales

http://stemcells.nih.gov/